WB-94
Met deze site proberen wij een inzicht te geven in het process van onze grijper. Van kleine ideetjes tot een volledig werkende grijper.
Welkom in de wereld van De Bison.
Grijper de Bison
Onze grijper werkt onder het principe van een zeer lange arm die werkt als een hefboom. Het ene uiteinde van de lange arm zit bevestigd aan het bord, daaronder zit op hetbord een grote actuator bevestigd. De andere kant van de grote actuator is bevestigd aan de arm op 15 cm van het bord. De afstand is gekozen, zodat als de actuator in de uiterste stand staat, de arm van de grijper in een hoek van 90 graden staat met het bord. Als de grote actuator op zijn uiterste stand staat bevindt de arm zich op een hoogte van 25 centimeter. Van de kleinste naar de uiterste stand beweegt het uiteinde van de arm vijfentwintig centimeter op en neer. Aan het uiteinde van de arm is het mechanisme bevestigd om het bekertje op te pakken. Deze werkt met twee lossen klauwen en wanneer de klauwen tegen elkaar aanzitten vormen ze exact een cirkel die perfect het bekertje oppakt. Tussen de klauwen zit een actuator bevestigd, die zorgt ervoor dat de klauwen uit elkaar of tegen elkaar kunnen staan. Als de actuator in de uiterste stand staat staan de klauwen helemaal uit elkaar en als de actuator in de kleinste stand staat staan de klauwen zo stevig tegen elkaar aan dat ze een bekertje met inhoud op kunnen tillen. Als het grijpen begint gaan eerst de klauwen open vervolgens beweegt de arm naar beneden, als de arm op het laagste punt is gaan de klauwen weer tegen elkaar en pakken het bekertje vast. De arm beweegt dan weer omhoog en het grijpen is voltooid. Wij zijn op dit ontwerp gekomen door verschillende delen uit onze individuele ontwerpen te bundelen tot één idee.
Individuele ontwerpen grijper
Roel Bos
De actuator veroorzaakt een beweging in de verticale richting. Door deze beweging gaat de beker met inhoud omhoog. De beker wordt vastgepakt door twee halve cirkels die door de kleine actuatoren naar binnen gedrukt worden. Het mechanisme voor het grijpen van de beker zit aan het uiteinde van de grote actuator. De grote actuator zit bevestigd aan een omhulsel van vier metalen buizen die ervoor zorgen dat de actuator vast zit en niet in horizontale richting gaat bewegen.
Sven de Haan
Bij het ontwerpen van deze grijper heb ik vooral geprobeerd de onderdelen en mechanismen zo simpel mogelijk te houden. Daarom heb ik ervoor gekozen om de verticale beweging van de grijper puur door het inschuiven van de grote actuator te laten gebeuren en als grijpmechanisme gekozen voor het vastklemmen van het voorwerp met behulp van 2 kleine actuators. Achteraf bleek dat de grote actuator te weinig uitschuif lengte had om het bekertje voldoende omhoog te tillen, waardoor dit geen geschikte manier is om het bekertje op te tillen. Ook het inklemmen door middel van platen, bleek ongeschikt doordat het bekertje hoogstwaarschijnlijk fijn geperst zou worden.
Koos Mobach
Deze grijper is ontworpen om zo betrouwbaar mogelijk te zijn. Door de klauwen rond te maken kunnen deze het bekertje zeer goed ondersteunen. Dit is belangrijk als het bekertje gevuld is met bijvoorbeeld water of iets zwaars. Een actuator word gebruikt om de grijpklauw aan te drijven. De horizontale beweging van de actuator wordt met twee scharnieren en een hefboom overgebracht op de grijpklauw. De grijper wordt met een grote arm opgetild. Deze word aangedreven met een grote actuator.
Maarten Hoogstad
De grijper wordt aangedreven door 2 actuatoren. De grote actuator zorgt ervoor dat de grijper omhoog en omlaag kan bewegen. De kleine actuator zorgt ervoor dat de grijper in en uit kan schuiven. Als de grijper omlaag beweegt, sluiten de klemmen tegelijkertijd. Op die manier wordt het bekertje perfect ingesloten en omdat de klemmen halve cirkels zijn kan het bekertje niet geplet worden. Hierna kan de actuator het bekertje optillen. In praktijk blijkt dit niet goed te werken. De klemmen zitten door middel van touw vast aan de actuator, dit zorgt ervoor dat de klemmen sluiten terwijl ze omlaag gaan.
Stijn Hartman
Deze grijper werkt op basis van een groot wiel die de beker onderaan oppakt en dan naar boven door beweegt. Het systeem is vergelijkbaar met een reuzenrad. De beker blijft met de onderkant beneden, doordat de onderkant van het bakje aan het wiel door zwaartekracht goed blijft hangen. Het wiel wordt op dezelfde manier aangedreven als de wielen van een oude stoomlocomotief. Een actuator zit aan een scharnier aan het bord vast en aan de andere kant met een vrij bewegende verbinding aan de buitenkant van een kleinere cirkel binnen het wiel. Door het in en uit bewegen van de actuator gaat het wiel draaien.
Bram Koenis
De grijper maakt gebruik van meerdere kabels om de verticale beweging van de actuator te verlengen. Wanneer de grote actuator uitschuift beweegt de dwarsbalk van de grijper omhoog. De kabels die vanaf de klemmen naar de dwarsbalk en dan weer naar de basis lopen worden dan strak getrokken. Omdat de kabels meerdere keren vanaf de basis naar de dwarsbalk op en neer lopen wordt de verticale beweging vermenigvuldigd. Hierdoor veroorzaakt de kleine uitschuiving van de actuator een grotere verticale verplaatsing van het klemmende deel. De klemmen werken op een vergelijkbare manier doordat de andere actuator kabels aantrekt die de klemmen dicht trekken.
Ontwerpproces
Ontwerpprocedure
Als eerste hebben we nagedacht over het grijpmechanisme aangezien dat het belangrijkste onderdeel van de grijper is. Van daar uit zijn we gaan kijken naar de andere onderdelen, mogelijkheden en verschillende oplossingen voor de verscheidene problemen. We hebben uiteindelijk gekozen voor een grijpmechanisme dat de beker insluit met twee halve cirkels. Dit idee is al te zien in de individuele schetsen van Maarten, Roel en Koos. De halve cirkels zorgen ervoor dat het bekertje niet geplet wordt bij het inklemmen, wat wel zou gebeuren als je platte platen zou gebruiken zoals te zien in de schets van Sven. Voor het openen en sluiten van de grijper wilden we eerst alle twee de actuatoren gebruiken, maar na er verder over nagedacht te hebben kozen we toch voor één actuator, omdat je in het geval van twee actuatoren de grijper kapot zou kunnen trekken als de actuatoren niet tegelijkertijd in- en uitschuiven. De actuator bevestigen we aan het grijpmechanisme met behulp van bouten en moeren, zodat ze zouden voldoen aan de eis dat de actuatoren snel vastgemaakt moeten kunnen worden aan het bord en de grijper. Als de actuator in de ingeschoven stand staat, komen de twee halve cirkels tegen elkaar aan te liggen en als de actuator dan uitschuift opent de grijper. Vervolgens moesten we na gaan denken over hoe we het bekertje naar de benodigde hoogte op zouden tillen. Uiteindelijk zijn we voor een ontwerp gegaan dat geen van ons in zijn individuele schets had gebruikt, namelijk een hefboom. Dit leek ons de meest betrouwbare manier van optillen zonder de grijper te complex te maken. Het grijponderdeel wordt aan het eind van de hefboom bevestigt, die aan de andere kant vastzit met een scharnier aan de muur. De arm wordt omhoog gehouden door de grote actuator in uitgeschoven stand die bevestigd is ergens op het midden van de arm en aan de muur op een punt onder het scharnier van de arm. Wanneer de actuator inschuift ontstaat er een draaibeweging van de arm om het scharnier heen, doordat het grijponderdeel verder van het draaipunt afligt ondervindt het een grotere verticale beweging. Hierdoor is het probleem opgelost, waarbij de actuator maar 10 cm verschilt per stand en de 25 cm hoogte die het bekertje opgetild moet worden. Nadat we dit hadden ontworpen was de grijper bijna klaar, maar we kwamen een nieuw probleem tegen, namelijk dat het bekertje niet horizontaal blijft aangezien het opgetild wordt met een draaibeweging. De oplossing die we hiervoor hebben gevonden is het grijponderdeel ook met een los scharnier vast te maken aan het uiteinde van de arm, waarbij het grijponderdeel door zijn eigen massa recht omlaag blijft hangen.
Ook hebben we ervoor gekozen om viltjes op de onderkant van de grijper te bevestigen om de grijper te beschermen en de klap op te vangen als grijper te hard op het tafelblad zou neerkomen. Hiermee was het ontwerp van onze grijper klaar.
Hierboven is de tabel te zien die we gebruikt hebben bij het ontwerpen van onze grijper. De weergegeven keuzes hebben we niet allemaal in ons uiteindelijke ontwerp gebruikt.
Schematische weergave
Isometrische projectie
Materiaal keuze
De grijper bestaat vooral uit perspex. Dit materiaal is gekozen omdat het ons de kans gaf om lasergesneden onderdelen te verkrijgen, waarbij ingewikkelde vormen makkelijk te maken zijn in tegenstelling tot bijvoorbeeld hout waarbij gezaagd en geboord moet worden. Een ander voordeel van perspex in de grijper is dat het transparant is. Hierdoor is de interne mechanische structuur van de grijper ook vanaf de buitenkant goed zichtbaar. Het feit dat de perspex plaat ons kosteloos werd aangeboden heeft ook meegespeeld in de beslissing.
Verder hebben we bouten en moeren gebruikt om de verschillende onderdelen aan elkaar te bevestigen, aangezien de grijper dan snel aangepast kan worden door de onderdelen los en vast te schroeven. Ook hebben we viltjes bevestigt aan de onderkant van de grijper, om de grijper te beschermen bij het omlaag komen, voor het geval dat de actuator te veel kracht zou hebben.